CN108803510B - 泵站自动化监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种泵站自动化监控系统,包括若干个设置于泵站现场的现地控制层和设置于中控室的中心控制层,中控室通过中心控制层对泵站的现地控制层实时监测和远程控制,现地控制层包括污水处理模块、雨水处理模块和报警模块。本发明解决了泵站管理中的无人值守以及远程监控的问题,实现市政管理部门对所辖范围内的雨污水泵站实时监视、控制、管理、调度,提高管理部门对泵站各种环境下的快速反应和处置能力。本发明顺应物联网时代的趋势,实现了多设备同平台集中监控,提高了自动化水平,减轻工作人员的维修管理强度;更能够减少城市内涝的安全隐患,方便故障远程控制和预警。
Description
技术领域
本发明涉及泵站管理领域,尤其涉及一种基于PLC控制的泵站自动化监控系统。
背景技术
城市中小型水利泵站由于分布地理位置比较疏散且覆盖面具较广,原有的运行方式使其管理和维护成本较高且效率低下,许多泵站经过多年的使用产生了效益衰减、运行效率低、能耗高、机电设备老化、年久失修、工程安全隐患多等问题;并且由于其地理位置原因,自动化和信息化程度低,管理设备简陋也会造成许多重大问题。
目前国内中小型泵站在控制技术方面还是使用的老式继电器控制的常规控制电路或部分的自动控制技术结合现场手动操作,或远方计算机简单的操作。这种老式的控制技术存在以下缺点:1.老式的继电器控制电气的控制线路及其复杂,当出现问题时非常难于维修和维护。2.部分的自动控制技术结合手动操作无法完全的实施远方调度,只是将部分操作简单化。3.计算机远程操控只能完成简单的电气设备操作,需要手工记录数据,却并不能真正的实现泵站运行时的无人值守。为了节约人力物力,信息化和自动化的管理模式成为迫切需求,亟需一种能够实现市政管理部门对所辖范围内的雨污水泵站实时监视、控制、管理、调度的泵站自动化监控系统
发明内容
本发明旨在针对现有技术中城市中小型泵站运行方式落后,管理和维护成本较高且效率低下的缺陷,提出一种基于PLC控制的带实时监测、远程控制和周边报警功能的泵站自动化监控系统。
为实现上述目的,本发明所设计的泵站自动化监控系统,其特殊之处在于,
包括若干个设置于泵站现场的现地控制层和设置于中控室的中心控制层,中控室通过中心控制层对泵站的现地控制层实时监测和远程控制,所述现地控制层包括污水处理模块、雨水处理模块和报警模块,其中:
所述污水处理模块:用于自动检测污水集水池水位,根据集水池污水水位自动控制污水排放,并根据污水流速自动清除管道中的泥污;
所述雨水处理模块:用于自动检测雨水集水池水位,根据集水池雨水水位自动控制雨水排放;
所述报警模块:用于通过视频图像展示所辖泵站的集水池水位、水泵工作状态、通道积水状况,当泵站出现故障时,启动周边报警单元,通过显示文字信息或播报语音通知过往车辆和行人,禁止通行。
进一步地,所述中心控制层和现地控制层之间通过DTU无线通信连接,将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送。
更进一步地,所述污水处理模块、雨水处理模块和报警模块均通过PLC提供设备的自动控制及关联设备的联动、连锁控制,现地控制层通过设置Modbus现场总线与每个模块的PLC连接,通过现场总线经过以太网桥接模块与中心控制层构成局域网。泵站现地控制层,按照一对一的测控原则,现场测控单元采用PLC为控制核心。
更进一步地,所述污水处理模块包括PLC、污水泵、液位计、电动闸门、格栅除污机以及流量计构成,所述污水泵用于将污水排出,所述液位计用于探测污水的水位,所述流量计用于探测排出污水时的流速,所述格栅除污机用于清除管道中的泥污,所述PLC用于根据液位计采集的水位值判断是否超过开泵的水位设定值,来控制污水泵和电动闸门的开启,并根据流量计采集的污水流速判断是否启动格栅除污机。
更进一步地,所述雨水处理模块包括PLC、雨水泵、电动闸门以及雨量计,所述雨水泵用于将雨水排出,所述雨量计用于探测集水池雨水水位,所述PLC用于根据雨量计采集的水位值判断是否超过开泵的水位设定值,来控制雨水泵和电动闸门的开启。
更进一步地,所述报警模块包括PLC、视屏监控单元、气体探测仪器以及周边报警设备,视频监控单元由安装在现地的摄像头、视频分配器、视频编码器、硬盘录像机组成,视频监控单元传输的视频信号由视频分配器分两路,一路模拟信号直接输出到现地用户,由硬盘录像机存储;一路通过视频编码器转换成数字信号,通过内网网络传输到远端管理处中控室。
更进一步地,所述中心控制层包括用于发送监控命令的监控主机和用于采集现场视频信息的监控中心端,所述监控中心端由视频解码器、视频服务器、大屏矩阵和网络硬盘录像机组成。
更进一步地,所述中心控制层采用100Mbps快速以太网络技术、TCP/IP网络协议组成开放的计算机网络系统,所述中心控制层还包括打印机、显示屏、交换机和防火墙。
更进一步地,所述交换机为以太网交换机,提供100M的带宽和全双工的工作方式。
本发明产生的有益效果是:
(1)监控中心能够实时展示所辖泵站的集水池水位、水泵工作状态、通道内是否积水、积水深度。能够实现市政管理部门对所辖范围内的雨污水泵站实时监视、控制、管理、调度,提高管理部门对泵站各种环境下的快速反应和处置能力。
(2)泵站设备出现故障,不能正常工作时,及时上报到监控中心。人行通道内积水深度达到一定程度的时候,及时用文字或语音等方式通知过往行人,禁止通行。
(3)实现各泵站设备运行状态和数据的集中统一管理,并能远程控制泵站水泵的启停,减轻检修人员的工作负担,降低管理成本。
(4)解决了泵站管理中的无人值守以及远程监控的问题,实现市政管理部门对所辖范围内的雨污水泵站实时监视、控制、管理、调度,提高管理部门对泵站各种环境下的快速反应和处置能力。
(5)顺应物联网时代的趋势,实现了多设备同平台集中监控,提高了自动化水平,减轻工作人员的维修管理强度;更能够减少城市内涝的安全隐患,方便故障远程控制和预警。
附图说明
图1是本发明实施例的泵站自动化监控系统的结构示意图。
图2是本发明实施例的视频监控单元的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明的一个实施例,如图1所示,一种泵站自动化监控系统,包括若干个设置于泵站现场的现地控制层和设置于中控室的中心控制层。中控室通过中心控制层对泵站的现地控制层实时监测和远程控制。监控系统采用分层分布式系统结构,分中控室中心控制层和各现地控制层两层结构。控制权限从高到低依次为电气监控系统、泵站现地控制层、中控室中心控制层。中控室中心控制层和泵站现地控制层之间通过DTU无线通信连接,能够将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送,从而实现中控室对泵站的实时监测和远程控制。
中控室中心控制层采用100Mbps快速以太网络技术,并利用TCP/IP网络协议组成开放的计算机网络系统。监控主机上安装配套的监控软件,管理部门能够快速地建立、测试和部署强大的自动化应用来连接和传递实时信息。实现用工艺流程图的形式展现系统概况,包括对设备自动运行时的工艺参数设定以及生产过程、实时数据和设备状态的显示。能够对系统所有设备的远程操作、实时报警和历史报警查询,电流、电压、水位等数据的报表和工艺参数变化趋势图查询,事件顺序纪录查询。
在泵站现地控制层中,泵站主要有三个模块构成,分别是污水处理模块、雨水处理模块、报警模块,并且三个模块全部由可靠的可编程控制器PLC做控制核心。污水处理模块、雨水处理模块和报警模块均通过PLC提供设备的自动控制及关联设备的联动、连锁控制,现地控制层通过设置Modbus现场总线与每个模块的PLC连接,通过现场总线经过以太网桥接模块与中心控制层构成局域网。
污水处理模块:用于自动检测污水集水池水位,根据集水池污水水位自动控制污水排放,并根据污水流速自动清除管道中的泥污。污水处理模块包括PLC、污水泵、液位计、电动闸门、格栅除污机以及流量计构成,污水泵用于将污水排出,液位计用于探测污水的水位,流量计用于探测排出污水时的流速,格栅除污机用于清除管道中的泥污,PLC用于根据液位计采集的水位值判断是否超过开泵的水位设定值,来控制污水泵和电动闸门的开启,当污水的流速降低时,根据流量计采集的污水流速判断是否启动格栅除污机清除管道中的泥污。当泵站中的液位计探测到集水池污水水位过高时,则通过PLC控制器打开污水泵和电动闸门进行污水的排放,直至液位计探测到污水水位降低至一定程度时,则PLC控制污水泵及电动闸门的关闭,同时流量计对污水的流速进行探测,当流速下降时,说明存在污泥过多堵塞管道的情况,此时PLC控制器控制打开格栅除污机进行污泥的清理。
雨水处理模块:用于自动检测雨水集水池水位,根据集水池雨水水位自动控制雨水排放。雨水处理模块包括PLC、雨水泵、电动闸门以及雨量计,雨水泵用于将雨水排出,雨量计用于探测集水池雨水水位,PLC用于根据雨量计采集的水位值判断是否超过开泵的水位设定值,来控制雨水泵和电动闸门的开启。当雨量计探测到集水池雨水水位过高时,则由PLC控制器打开雨水泵和电动闸门进行排水,直至雨量计探测到雨水水位下降至一定程度时则由PLC控制器控制雨水泵和电动闸门的关闭。
报警模块:用于通过视频图像展示所辖泵站的集水池水位、水泵工作状态、通道积水状况。报警模块包括PLC、视屏监控单元、气体探测仪器以及周边报警设备。当泵站出现故障时,人行通道内积水深度达到一定程度的时候,启动周边报警单元,及时用文字或语音等方式通知过往车辆和行人,禁止通行。另外,由于污水容易发酵产生沼气,故气体探测单元需设置可燃气体探测器,如沼气超标则应报警并采取相应措施避免爆炸危险的产生。
如图2所示,视频监控单元的前端由安装在现地的摄像头、视频分配器、视频编码器、硬盘录像机组成。并且泵站现地控制层分常规泵站和无人值守泵站两类。原则上无人值守泵站设置在水文条件相对稳定,不易发生突发事故的区域。中控室中心控制层设监控中心,监控中心端由视频解码器、视频服务器、大屏矩阵和网络硬盘录像机(NVR)组成。视屏监控单元前端中的摄像头用于实时监控泵站,并由视频分配器和视频编码器将摄像头拍摄到的视频信号通过硬盘录像机储存再通过专网传输给控制层监控中心。视频监控单元前端传输的视频信号由视频分配器分两路,一路模拟信号直接输出到现地用户,由硬盘录像机存储;一路通过视频编码器转换成数字信号,通过内网网络传输到远端管理处中控室。此数字视频信号再分两路,一路通过硬解码输出到会议室视频矩阵,再到大屏;另一路由视频服务器软解码后网络发布,用户能通过IE获取监控视频信号。
现地控制层的控制模式分为手动/自动两种模式,自动控制模式能按预先约定的规则和调节方法自动控制现场设备,利用PLC的逻辑控制功能,提供设备的自动控制及关联设备的联动、连锁控制。在该模式下,就地控制系统在启动泵前,要先判断各进水闸门、出水闸门是否处于相应合理位置,如果有闸门处于不合理位置,则要报警。在泵站进水池和出水池安装激光液位计,将激光液位计信号接入专用RTU设备,经过运算处理后将液位差值输入PLC,判断进出水位差是否超过开泵的水位设定值,来控制水泵的开启。
原则上泵的起停控制规则为:先启动的泵先停,后启动的后停。从而实现泵的循环使用,力求泵的运转时间均等,并避免一台泵开、停次数过多的现象发生。若预定时间间隔连续三次启动水泵失败,说明设备有故障,无法启动,应自动启动下一台泵,同时将故障的泵号以状态字的格式建立标志。
由于泵站地理分布较分散,泵站现地控制层按照一对一的测控原则,现场测控单元采用PLC为控制核心,现场控制设备由Modbus现场总线与PLC连接,每一PLC既可自成系统、独立运行,又可通过现场总线经过以太网桥接模块与中控室构成局域网。同时设置n个结构相同的泵站现地控制层集成于同一中控室中心控制层,而有效的减轻人工负担,降低管理成本。
本发明不仅顺应物联网时代的趋势,实现了多设备同平台集中监控,提高了自动化水平,减轻工作人员的维修管理强度;更能够减少城市内涝的安全隐患,方便故障远程控制和预警,是智能海绵城市建设中的重要组成部分。
本领域的技术人员应当理解,此处的具体实施方案仅用解释本发明专利,并不用于限制本发明专利。在本发明专利的精神和原则之内作出的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明专利的保护范围之中。
Claims (1)
1.一种泵站自动化监控系统,其特征在于:包括若干个设置于泵站现场的现地控制层和设置于中控室的中心控制层,中控室通过中心控制层对泵站的现地控制层实时监测和远程控制,控制权限从高到低依次为电气监控系统、泵站现地控制层、中控室中心控制层;所述中心控制层包括用于发送监控命令的监控主机和用于采集现场视频信息的监控中心端,所述监控中心端由视频解码器、视频服务器、大屏矩阵和网络硬盘录像机组成;所述中心控制层采用100Mbps快速以太网络技术、TCP/IP网络协议组成开放的计算机网络系统,所述中心控制层还包括打印机、显示屏、交换机和防火墙;
所述中心控制层采用100Mbps快速以太网络技术、TCP/IP网络协议组成开放的计算机网络系统,所述中心控制层还包括打印机、显示屏、交换机和防火墙;所述交换机为以太网交换机,提供100M的带宽和全双工的工作方式;
所述现地控制层包括污水处理模块、雨水处理模块和报警模块,其中:
所述污水处理模块:用于自动检测污水集水池水位,根据集水池污水水位自动控制污水排放,并根据污水流速自动清除管道中的泥污;所述污水处理模块包括PLC、污水泵、液位计、电动闸门、格栅除污机以及流量计构成,所述污水泵用于将污水排出,所述液位计用于探测污水的水位,所述流量计用于探测排出污水时的流速,所述格栅除污机用于清除管道中的泥污,所述PLC用于根据液位计采集的水位值判断是否超过开泵的水位设定值,来控制污水泵和电动闸门的开启,并根据流量计采集的污水流速判断是否启动格栅除污机;
所述雨水处理模块:用于自动检测雨水集水池水位,根据集水池雨水水位自动控制雨水排放;所述雨水处理模块包括PLC、雨水泵、电动闸门以及雨量计,所述雨水泵用于将雨水排出,所述雨量计用于探测集水池雨水水位,所述PLC用于根据雨量计采集的水位值判断是否超过开泵的水位设定值,来控制雨水泵和电动闸门的开启;
所述报警模块:用于通过视频图像展示所辖泵站的集水池水位、水泵工作状态、通道积水状况,当泵站出现故障时,启动周边报警单元,通过显示文字信息或播报语音通知过往车辆和行人,禁止通行;所述报警模块包括PLC、视屏监控单元、气体探测仪器以及周边报警设备,视频监控单元由安装在现地的摄像头、视频分配器、视频编码器、硬盘录像机组成,视频监控单元传输的视频信号由视频分配器分两路,一路模拟信号直接输出到现地用户,由硬盘录像机存储;一路通过视频编码器转换成数字信号,通过内网网络传输到远端管理处中控室;
所述中心控制层和现地控制层之间通过DTU无线通信连接,将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送;
所述污水处理模块、雨水处理模块和报警模块均通过PLC提供设备的自动控制及关联设备的联动、连锁控制,现地控制层通过设置Modbus现场总线与每个模块的PLC连接,通过现场总线经过以太网桥接模块与中心控制层构成局域网;
现地控制层的控制模式分为手动/自动两种模式,自动控制模式按预先约定的规则和调节方法自动控制现场设备,利用PLC的逻辑控制功能,提供设备的自动控制及关联设备的联动、连锁控制;在该模式下,就地控制系统在启动泵前,要先判断各进水闸门、出水闸门是否处于相应合理位置,如果有闸门处于不合理位置,则要报警;在泵站进水池和出水池安装激光液位计,将激光液位计信号接入专用RTU设备,经过运算处理后将液位差值输入PLC,判断进出水位差是否超过开泵的水位设定值,来控制水泵的开启。
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